kategória: Praktická elektronika, Domáca automatizácia
Počet zobrazení: 93247
Komentáre k článku: 8
Termostat pre elektrický kotol
Opis jednoduchého a spoľahlivého obvodu regulátora teploty pre vykurovací systém.
Ruská zima je drsná a studená a každý o tom vie. Preto sa musia priestory, v ktorých sa nachádzajú osoby, vykurovať. Najbežnejšie sú ústredné kúrenie alebo jednotlivé plynové kotly.
Často sú situácie, keď nie je k dispozícii ani jeden, ani druhý: napríklad v čistom poli je malá miestnosť stanice na čerpanie vody a vodič je v prevádzke 24 hodín denne. Môže to byť aj strážna veža alebo samostatná miestnosť vo veľkej neobývanej budove. Existuje mnoho takýchto príkladov.
Vo všetkých týchto prípadoch je potrebné zariadiť vykurovanie pomocou elektriny. Ak je miestnosť malá, je celkom možné robiť s domácim elektrickým žiaričom naplneným olejom. Pre väčšiu miestnosť s rozlohou asi 15 - 20 metrov štvorcových sa ohrev vody najčastejšie zaisťuje pomocou radiátora privareného z rúrok, ktorý sa často nazýva register.
Ak necháte veci samy od seba a nemonitorujú teplotu vody, skôr alebo neskôr sa jednoducho uvarí a prípad môže skončiť zlyhaním všetkého elektrický kotolPo prvé, jeho vykurovacie teleso. Aby sa zabránilo takejto nešťastnej udalosti, je teplota vykurovania regulovaná termostatom.
V tomto článku je navrhnutá jedna z možných možností takéhoto zariadenia. Samozrejme, táto zima už dôjde, ale nemali by sme zabúdať, že sánky sú najlepšie pripravené v lete.
Funkčne je možné zariadenie rozdeliť do niekoľkých uzlov: samotný snímač teploty, porovnávacie zariadenie (komparátor) a zariadenie na kontrolu zaťaženia. Nasleduje popis jednotlivých častí, ich schéma a princíp činnosti.
Snímač teploty
Charakteristickým rysom opísaného dizajnu je to, že sa používa ako snímač teploty konvenčný bipolárny tranzistor, čo vám umožňuje opustiť vyhľadávanie a nákup termistory alebo senzory rôznych typov, napríklad TCM.
Činnosť takého senzora je založená na skutočnosti, že rovnako ako všetky polovodičové zariadenia, parametre tranzistorov do veľkej miery závisia od teploty okolia. V prvom rade je to spätný kolektorový prúd, ktorý sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, čo ovplyvňuje činnosť napríklad zosilňovacích stupňov. Ich prevádzkový bod je posunutý tak, že dôjde k výraznému skresleniu signálu av budúcnosti tranzistor jednoducho prestane reagovať na vstupný signál.
Táto situácia je podstatná hlavne v obvodoch s pevným základným prúdom. Preto sa používajú tranzistorové kaskádové obvody so spätnoväzbovými prvkami, ktoré stabilizujú činnosť kaskády ako celku a tiež znižujú vplyv teploty na činnosť tranzistora.
Takáto teplotná závislosť sa pozoruje nielen pre tranzistory, ale aj pre diódy. Na overenie pomocou digitálneho multimetra stačí „zvoniť“ každú diódu smerom dopredu. Typicky bude zariadenie ukazovať hodnotu blízku 700. Toto je len priamy pokles napätia na otvorenej dióde, ktorý sa zobrazuje v milivoltoch. Pre kremíkové diódy pri teplote 25 stupňov Celzia je tento parameter približne 700 mV a pre germániové diódy približne 300 mV.
Ak je teraz táto dióda mierne zahriata, aspoň pomocou spájkovačky, táto hodnota sa bude postupne znižovať, preto sa predpokladá, že teplotný koeficient napätia diód je -2 mV / deg. Znamienko mínus v tomto prípade znamená, že pri zvyšujúcej sa teplote klesá predné napätie na dióde.
Táto závislosť tiež umožňuje použitie diód ako snímačov teploty.Ak tranzistory prechádzajú „prstencom“ na tom istom zariadení, výsledky budú veľmi podobné, a preto sa ako teplotné senzory často používajú tranzistory.
V našom prípade je činnosť celého regulátora teploty presne založená na tejto „negatívnej“ vlastnosti kaskády s pevným základným prúdom. Obvod regulátora teploty je znázornený na obrázku 1.
Obrázok 1. Schéma termostatu (kliknutím na obrázok sa schéma otvorí vo väčšej mierke).
Snímač teploty je namontovaný na tranzistore VT1 typu KT835B. Zaťažením tejto kaskády je odpor R1 a sú nastavené odpory R2, R3 jednosmerný tranzistorový prevádzkový režim, Pevná systematická odchýlka, ktorá bola uvedená vyššie, je nastavená rezistorom R3 tak, aby napätie na emitore tranzistora pri izbovej teplote bolo asi 6,8 V. Preto je v označení tohto odporu v obvode hviezdička (*). Tu nie je potrebné dosahovať zvláštnu presnosť, ak iba toto napätie nebolo oveľa menšie alebo vyššie. Merania by sa mali vykonávať vzhľadom na kolektor tranzistora, ktorý je pripojený k spoločnému vodiču zdroja energie.
Tranzistor štruktúry p-n-p KT835B nebol vybraný náhodne: jeho kolektor je pripojený k kovovej doske puzdra, ktorá má otvor na pripevnenie tranzistora k chladiču. Pri tomto otvore je tranzistor pripojený k malej kovovej doske, ku ktorej je tiež pripojený vodič.
Výsledný snímač je pripevnený pomocou kovových svoriek k vykurovacej trubici. Pretože, ako už bolo uvedené, kolektor je pripojený k spoločnému drôtu zdroja energie, nie je potrebné inštalovať izolačné tesnenie medzi rúrku a snímač, čo zjednodušuje konštrukciu a zlepšuje tepelný kontakt.
komparátor
Na nastavenie teploty sa používa komparátor operačného zosilňovača OP1 typu K140UD608. Prostredníctvom odporu R5 je napätie z emitora tranzistora VT1 privádzané na jeho invertujúci vstup a napätie z motora variabilného odporu R7 je privádzané na neinvertujúci vstup prostredníctvom odporu R6.
Toto napätie nastavuje teplotu, pri ktorej sa záťaž odpojí. Odpory R8, R9 nastavujú horný a dolný rozsah pre nastavenie prahu porovnávača, a teda aj limitov regulácie teploty. Použitie rezistora R4 poskytuje potrebnú hysterézu komparátora.
Zariadenie na kontrolu zaťaženia
Zariadenie na reguláciu záťaže je vyrobené na tranzistore VT2 a na relé Rel1. Tu je indikácia prevádzkových režimov termostatu. Tieto LED diódy sú HL1 červená a HL2 zelená. Červená farba znamená zahrievanie a zelená farba, keď je dosiahnutá nastavená teplota. Dióda VD1, pripojená paralelne s reléovou cievkou Rel1, chráni tranzistor VT2 pred samoindukčným napätím, ktoré sa vyskytuje na reléovej cievke Rel1 v čase vypnutia.
Moderné relé malej veľkosti umožňujú spínanie dostatočne veľkých prúdov. Príkladom takého relé je relé Tianbo zobrazené na obrázku 2.
Obrázok 2. Relé malých rozmerov Tianbo.
Ako je možné vidieť na obrázku, relé umožňuje prepínanie prúdu až do 16A, čo vám umožňuje ovládať záťaž až 3 kW. Toto je maximálne zaťaženie. Aby sa mierne uľahčilo fungovanie skupiny kontaktov, výkon záťaže by sa mal obmedziť na 2 ... 2,5 kW. Takéto relé sa v súčasnosti používajú veľmi často v domácich a domácich spotrebičoch, napríklad v práčkach. Zároveň rozmery relé neprekročia veľkosť krabičky na zápalky!
Práce a nastavenie regulátora teploty
Ako bolo povedané na začiatku článku, pri izbovej teplote je napätie na emitore tranzistora VT1 asi 6,8 V a pri zahriatí na 90 ° C klesne napätie na 5,99 V. Pre tieto experimenty je ako vyhrievacia jednotka vhodná stolová lampa s kovovým tienidlom. a na meranie teploty čínsky digitálny multimeter s termočlánkom, napríklad DT838.Ak je senzor montovaného zariadenia namontovaný na tienidle lampy a lampa je zapnutá prostredníctvom reléového kontaktu, bude možné pri takomto nastavení overiť fungovanie montovaného obvodu.
Komparátor pracuje tak, že ak je napätie na invertujúcom vstupe (napätie teplotného senzora) vyššie ako napätie na vstupe neinvertujúceho (napätie požadovanej teploty), napätie na výstupe komparátora je blízko napätiu zdroja energie, v tomto prípade sa môže nazývať logická jednotka. Preto je tranzistorový spínač VT2 otvorený, relé je zapnuté a kontakty relé obsahujú vyhrievací prvok.
Pri zahrievaní vykurovacieho systému sa zahrieva aj snímač teploty VT1. Napätie na jeho emitore klesá so zvyšujúcou sa teplotou a keď sa stane rovným alebo trochu menším ako napätie inštalované na motore variabilného odporu R7, porovnávač prejde do stavu logickej nuly, takže tranzistor je zablokovaný a relé je vypnuté.
Ohrievací článok je bez napätia a chladič sa začína ochladzovať. Tranzistorový snímač VT1 sa tiež ochladí a napätie na jeho emitore stúpa. Akonáhle sa toto napätie zvýši na hodnotu nastavenú odporom R7, komparátor prejde do vysokého stavu, relé sa zapne a proces sa opakuje znova.
Trochu o prevádzke obvodu displeja, presnejšie o účele jeho prvkov. Červená LED HL1 sa rozsvieti spolu s reléovou cievkou Rel1 a signalizuje, že vykurovací systém sa vykuruje. V tomto okamihu je tranzistor VT2 otvorený a LED dióda HL2 sa posúva diódou D2, zelené svetlo zhasne.
Po dosiahnutí nastavenej teploty tranzistor uzavrie a vypne relé a tým aj červenú LED HL1. Zároveň zatvorený tranzistor nebude obchádzať LED HL2, ktorá sa rozsvieti. Dióda D2 je potrebná, aby sa LED HL1 a tým aj relé nemohlo zapnúť pomocou LED HL2. Všetky LED diódy sú vhodné, takže ich typ nie je uvedený. Ako diódy Dl, D2 sú veľmi vhodné bežne používané dovážané diódy 1N4007 alebo domáce KD105B.
Napájanie termostatom
Spotreba energie v obvode je malá, takže ako napájací zdroj sa môže použiť akýkoľvek AC adaptér vyrobený v Číne alebo sa dá namontovať stabilizovaný 12 V usmerňovač. Prúdová spotreba obvodu nie je väčšia ako 200mA, takže je vhodný akýkoľvek transformátor s výkonom nepresahujúcim 5W a výstupným napätím 15 ... 17V.
Napájací obvod je znázornený na obrázku 3. Diódový mostík je tiež vyrobený na diódach 1N4007 a regulátor napätia je + 12 V na integrálnom stabilizátore typu 7812. Spotreba energie je malá, takže stabilizátor nemusíte inštalovať na radiátor.
Obrázok 3. Napájanie termostatom.
Konštrukcia termostatu je ľubovoľná, väčšina častí je namontovaná na doske plošných spojov, je lepšie, ak je tam tiež namontovaný zdroj energie. Senzor tranzistora je pripojený pomocou tieneného dvojžilového kábla, zatiaľ čo kolektor tranzistora je pripojený pomocou obrazovky.
Je žiaduce, aby na konci kábla bol trojkolíkový konektor a jeho náprotivok na doske. Na dosku môžete nainštalovať aj svorkovnicu malej veľkosti, aj keď je to menej výhodné ako konektor. Takéto pripojenie značne uľahčí inštaláciu snímača a celého zariadenia ako celku v mieste použitia.
Hotové zariadenie by malo byť umiestnené v plastovom puzdre a vonku nainštalovať odpor teploty R7 a LED HL1 a HL2. Je lepšie, ak sa tieto časti tiež spájajú na dosku a v prípade nich sa vytvoria otvory.
Spojenie s elektrickou sieťou a ohrievačom je spojené pomocou svorkovnice, ktorá by mala byť upevnená vo vnútri plastovej skrinky. Na ochranu celého zariadenia ako celku by sa malo pripojenie vykonať podľa PUE pomocou ochranných zariadení.
Niekoľko z týchto termostatov bolo vyrobených a všetky vykazovali prijateľnú presnosť regulácie teploty, ako aj veľmi vysokú spoľahlivosť, pretože s takou jednoduchosťou obvodu v skutočnosti nie je nič prerušiť.
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: